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光伏温室大棚的设计建造同光伏农业温室的设计

2020-08-08 15:23:19

[一]、光伏大棚的设计建造
  光伏大棚的设计先应考虑大棚的主要功能是光伏发电还是农业种植,然后根据大棚功能定位进行类型的选择和设计,在设计中应遵循发电效益和农业收入大化原则。这里所论述的光伏大棚主要是适用于江、浙、沪等长江中下游地区的半铺式光伏连体大棚。
  大棚的走向与常规大棚相同,都是东西延长,坐北朝南,根据保温通风的需要,可以适当偏西或偏东。大棚的长度一般设计为40m,脊高为5m,肩高为2.5~3.0m,单栋大棚跨度为7~8m,光伏板的安装倾角为30°左右。两个大棚之间的前后距离为10m,左右距离4m。若要增加采光,可以适当增加蔬菜大棚的高度、增大大棚间的距离。
  由于光伏板比一般的覆盖材料重,还要考虑到雪载、风压等因素,所以在大棚建造材料上应选用较粗的钢材,以提高大棚的荷载能力。可以选用H型钢为主的钢架,沿屋面方向每3~4m布置一椽。
  大棚的覆盖材料可以根据投入成本多少来选择。一般可以选择薄膜作为覆盖材料,其成本低、透光率好,很适合大面积使用。如果成本预算充足,可以选择玻璃、玻璃钢、阳光板等作为覆盖材料。
  [二]、光伏农业大棚温室的设计
  农业大棚温室的单独性结构功能决定了其对光伏系统的要求与普通的光伏地面电站或屋顶分布式系统有所不同。
  1.晶体硅光伏组件技术成熟,性能稳定,故障率低,运行维护简单,安装方便,使用寿命超过25年。单晶硅电池的转换效率略高于多晶硅电池,价格也略高。而非晶硅薄膜电池在透光性、弱光效应和高温性能上具有一定优点,但是衰减率较高,寿命也只不到晶体硅光伏组件的一半。使用者需要根据实际需要作出相应选择。
  大棚温室内湿度一般60%,以上,在钢构表面、大棚温室膜面易冷凝、结露。这种高湿环境对钢结构本体存在腐蚀,对布置在大棚温室内的光伏组件、接线盒、电缆、桥架、汇流箱等的稳定运行存在隐患,如降低设备绝缘强度、造成导电金属或电路板腐蚀、降低使用寿命、造成电气短路故障等,尤其是光伏组件。在高温高湿环境下,建议使用的抗PID(电压诱导衰减)组件。
  2.由于在大棚温室顶部光伏组件替换了塑料薄膜,导致结构承担荷载增加,在结构设计时,应进行建模计算,分析构件受力,在满足结构25年使用寿命的条件下,尽量采用轻型钢材,如冷弯薄壁卷边槽钢、Z型钢、几字钢等,降低结构用钢量、控制成本。原有大棚温室的采光面由拱坡改为平坡,倾角设计为18~35°左右,塑料薄膜改为铺设电池板和透光玻璃,效率损失2%~9%。
  设计大棚温室采光面时,光线人射角度不宜选取过大,过大会造成大棚温室的脊高过高,结构不合理。同时,根据光线反射原理,光线人射角从90°降到50°时,透过采光面的光量下降不明显。日光大棚温室的设计中要求大于或等于50°,便满足采光需求。
  3.光伏大棚温室可根据现场情况采用集中式或组串式逆变器。
  集中型逆变方案接入的太阳电池支路数较多,适用于:太阳电池方阵由同一规格、型号的太阳电池组成;各太阳电池的安装倾角、方位角,及受光情况均一致;控制室内有足够空间安装集中型逆变器等应用场合。
  单台组串型逆变方案接人的太阳电池支路较少,通常为1一4条,适用于太阳电池方阵由两种以上型号、规格的太阳电池组成;太阳电池的受光清况略有差异(如部分太阳电池可能受到阴影遮蔽);控制室面积有限、无法安装集中型逆变器等应用场合。
  集中型逆变方案的优点还体现在逆变效率略高于组串型逆变器、单位额定功率的成本略低,非常适合于地面空旷的兆瓦级电站上。而组串型逆变方案的优点体现在系统组成方式灵活、冗余胜好,单台组串型逆变器发生故障停机后,对整个并网光伏发电系统的能量输出影响很小。
  但是一般的农业大棚温室较分散且道路相对较小,从运行及维护考虑,若选用单台容量大的逆变设备,虽设备数量较少,但逆变器的布置和电缆敷设将会大大增加难度和成本;因此一般考虑选用小型的组串式逆变器,相对灵活。而且大棚温室内湿度较高,一般在60%以上,建议选用防护等级为IP65以上的电气设备,并且安装在大棚温室外部,以提高系统的可靠性。

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